刘晨

0 引言

目前，人们的环境保护观念越来越强，施工成本逐步上升，传统施工方式遭到强烈冲击，装配式建筑则备受瞩目，装配式建筑可以有效地解决传统的建筑施工周期、施工材料、工程量等问题。然而，目前我国的装配建筑行业尚处在初步发展时期，在建筑构件制作、建筑设计、抗震功能等各环节都有一定的不足，导致建筑设计与预期存在较大偏差，加大了投资成本。在施工过程中，必须遵循“安全、实用”的基本理念，通过科学合理的方案来进行施工优化，从而保证工程施工质量，推动整体装配建筑业健康发展。

1 装配式建筑设计特点

装配式建筑的设计特征明显，在工程建设中能起到重要的作用，其主要表现如下。

1.1 缩短设计工期

利用设计软件对装配式建筑进行建模，使其能以3D 立体形式表现设计内容，便于设计者对其进行适时地修改，选取合适的施工计划，从而为工程设计提供最佳的建模方案。在构件制造时，利用3D 建模技术和数控机床设备的有机组合，保证了设计的准确性和有效性，设计后可以直接进行产品加工，从而大大提高了产品的精度和设计周期。

1.2 将设计与施工相结合

装配式结构能够将设计与建造有机融合，将构件、预制墙板等先在工厂设计制作，然后再由工厂运到工地，大大提升了工作效率和生产效率。在工程建设中，由于设计和建设的密切联系，节约了很多时间和经费，保证工程正常施工非常重要。

1.3 构件标准化生产

在20 世纪20年代初期，我国就已开始使用装配式结构，而在20 世纪90 年代，它才正式推行。在我国早期建筑采用的是以房屋为主的装配式形式，可划分成低层轻钢住宅、多高层轻钢住宅两种形式。关于多层轻钢结构房屋，由于其结构比较繁杂，按其受力特点可分为：框架-支撑系统、纯框架体系，交错桁架体系、剪刀式框架体系等。利用装配式结构技术，大部分部件都可以在车间进行规范化制造，从而确保了建筑的产业化效果，该技术可以摒弃常规施工方法的不足，在某种意义上确保了构件的质量和功能，而且所制造的零件能够适应特殊天气，特别是冬季，气温比较寒冷的时候，仍然可以全天工作，可以有效地应对各种恶劣的气候条件，确保工程的正常进行，装配式结构是建设工程的重要技术支持。

2 装配式钢结构中的设计要点

2.1 建筑设计深化

建筑设计应从整体上进行调整，使其能满足环境舒适、美观、绿色的要求。建筑设计的核心内容包括建筑设计、机电设备、结构设计、管线结合等（如图1 所示）。在前期建设中，工程师要到工地现场勘察，掌握工地的位置特征，并结合当地的具体条件，制订出一套科学、合理的方案，同时又能在确保工程质量的同时，充分考虑到居民的各种需要。工程人员要对装配式结构进行调试，以保证水、电、热、通风、空调系统的正常运转，保证整体的装饰效果。在进行外立面的设计时，工程师要运用多种设计理念来确保既能满足外观的要求，又能确保墙体的隔热性能。工程师要做好隔热、降噪等方面的工作，确保建筑能够不受外界噪声的影响，减少能耗，尤其是在门窗与墙体之间的衔接部位，可以采用双层防水组合。采用金属构件可以增加工程应用的可行性，在生产现场进行预埋部位的选择，并根据漏水状况，强化拼接缝设计，防止工程中发生渗漏。

图1 深化设计内容

2.2 平面设计要点

竖向承重构件，如剪刀墙、框架柱等，要求上下连接。建筑的门和窗户必须垂直排列，并要对齐，设计师要确保其平面的位置和大小与结构能够承载的能力相符，同时也要达到部件的设计需求。厨房、卫生间平面的布置应确保空间的适用性，并符合整体橱柜与卫生间的有关需求。

2.3 立面、外墙设计要点

工程师在进行建筑的外观造型时，应注意外观的多样化，以保证建筑的整体美感。外墙与内墙应选用适宜的材质，以达到房屋的防水、防火、保温、降噪的需要，可在门窗、孔洞等部位进行防水、降噪处理。

2.4 门窗安装节点设计

工厂对内外墙板进行加工时，可以精确尺寸，所以工程师对门窗进行设计时，可以利用这个特点，先使用无门窗副框的方式进行安装，在加工过程中，连接门窗和预制墙板，从源头上彻底解决外墙和外墙洞口连接时存在接缝的问题，避免出现渗漏情况。

2.5 柱-柱节点设计要点

大部分的结构柱截面为H 型截面，采用高强螺栓将其与腹板相连，用全焊透坡口结构对翼缘部进行焊接。例如：在钢结构大楼的柱-柱连接设计中的主要工作包括：（1）对箱形截面结构在进行钢柱拼装部位的设计时，应在柱脚部位设计承台面，高度应大于1.5m。（2）在进行钢立柱侧面和节点部位的衔接时，采用全焊工艺进行坡口的施工。（3）在钢立柱构造的设计中，主要是全熔透焊缝，连接方式是全焊还是栓焊，对翼缘板结构进行全熔透焊接技术，整个过程应用高强度螺栓进行焊接。

2.6 楼板、墙板与主体连接节点

在选取围护结构时，应将荷载问题考虑在内，要选用更轻便、材质均匀的材料，将墙体与主体建筑相结合。在满足有关设计规范的条件下，对楼板、墙体和主体之间的衔接进行严格设计，使其具备足够的承载能力和适应不同方位层间的变形，从而达到抗震的目的，防止墙体开裂。

2.7 附属结构设计要点

在附属结构的设计中，当梁、柱节点结构不能满足结构抗震设计时，可以在柱腹板的梁、柱节点部位进行加厚，采用焊贴板补片技术对 H 型钢柱截面结构进行加固，其中，在贴板边缘结构中，延伸加劲肋要大于150 mm。施工人员在焊接时，可以采用5 mm 以上的角焊接缝作为主要工艺，将柱翼缘角焊缝连接起来。

2.8 给排水管道预留预埋要点

大部分排水管道的留置都是在厨房和卫生间的预制墙中进行，一般有两种方法：一是预先埋入的管道，二是预留管道槽，工程师在进行设计时要符合下列规定：按照管道的型号，在图纸上留出管道槽的位置；在进行预留管道槽的设计时，工程师要确保管线的正确布置，并为设备的使用留置足够的空间，在管线的弯曲部位，可以采用局部增加预留槽深度的方法，确保后装管道弯头与预留的沟渠相衔接。

2.9 屋面防水设计

做好屋面防水，能够避免墙面出现渗透，减少降雨对屋面造成的损害，提高人们居住舒适度。为做好屋面防水，可以提高预制装配式钢结构的防水属性，做好各环节控制。除了加强设计合理性，对于屋面材料也需要加强，可以适当提高钢结构可靠性，提高排水坡度。悬浮技术和直立锁缝技术在屋面防水设计中应用较为广泛，通过悬浮技术，可以对屋面系统的温度进行控制。特别是烈日炎炎的夏天和寒冷的冬天，可以调节室内外温度差。可以在屋面的板材之间应用不干胶进行封口，有效提升屋面密封性能，避免水溶物质进入屋面。通过调整排水坡度，可以加快排水速度，避免屋面水分过多，出现渗漏。

3 优化设计的重点及策略

工程师在进行装配式住宅结构优化设计前，首先要对其特征和设计要点进行全面的研究。

3.1 顶层设计

首先，对装配式结构的设计进行合理和可行性判断，从户型、分缝、轴网等各个角度进行全面一系列的设计。工程师在设计中，应与各有关专家进行沟通与协调，确保工程的便捷性和安全性，真正提升整体结构的品质，实现最大限度的优化效果。工程师在进行预制件的布局时，不仅要从整体上看，还要综合考量，例如一些比较重的预制构件，如果没有在施工时计算好塔吊位置、起吊载重等因素，会使预制件在制造完成后，运输到工地无法进行吊装，必须采用其他方法进行吊装，这样会增加成本。

3.2 标准化控制

在设计初期，工程师不仅要保证模数化和标准化，还必须在结构化和标准化的基础上，减少预制件的类型，降低模具的折旧率，并降低构件的生产费用。比如在进行叠合梁设计时，工程师在完成初步设计后，梁截面基本已定，工程师要准确地定位和调节梁纵筋的间隔，并尽可能地减小梁端部出筋的形状和间隔，从而减小梁端端模的类型。

3.3 拆分要点

针对拆分工作的具体情况，采用合理的受力、吊装方法，保证预制件在结构上达到规范化，在连接和装配上都能达到施工相关要求，从而达到“少规格、多组合”的目的。在进行结构拆分时，首先要依据施工现场的构件要求，确定构件的最大重量和尺寸。

拆分关键：各构件的结点衔接要简洁、灵活；大段构件可在拆分成时，将其对称中心居中拆开（即使用性能更高）；单构件重量尽可能地相近，通常不能超过5t，并且不能越过层高；普通的模具的周转次数在100 次以上；暗柱宜采用现浇法（在地震中，墙体承受很大荷载，并采用暗柱现浇法进行施工有利于构件连接）；凸窗应该要进行整体预制，并且有较高的重复性；各部件构件拆分按楼层进行分割，不作跨层处理；降低次梁量，应用建筑物面层降板方式，避免拼接缝等。

3.4 装配式住宅节点设计

影响装配式房屋节点的设计主要有：主体构造、内外维修、设备管线和内部装修等。在保证结构安全性的前提下，节点的设计必须满足加工方便、降低成本等优点。所以，为了减少工程造价，应对装配式建筑的连接进行优化。以确保建筑的安全性，推动住宅产业化的稳步发展，例如：卫生间降板做法、飘窗连接节点做法、叠合板出筋等，通过运用现代技术，对各节点进行了创新性的优化，使设计方案更加科学合理。

PC 部件连结节点的设计要综合考量，由于其复杂的节点，会造成工厂的生产制造费用过高，现场安装施工难度较大等问题；若节点设计过于简单，则很难满足连接节点的结构需求。这要求设计者与有关方面密切联系，确保其可靠性，从生产安装的方便程度、节点造价费用等几个角度综合考量，最终选择出最适合的节点设计方案。

在装配式结构节点设计中，主体结构、内外围护、设备管线等都是连接构件的重要组成部分。在特定的结构节点中，应重视工艺与建设方便，以最大限度地降低工程造价，同时又不影响建筑施工质量。在确保工程的安全性和工程质量的基础上，尽量提升建筑工程的工业化程度。对于预制混凝土结构的连接节点时，由于其节点比较繁杂，需要水平较高的生产工艺，会造成生产难度大、成本高等问题。如果节点的结构比较简单，虽然便于进行生产、装配工作，但是很难达到结构上的要求。在此基础上，设计者必须综合考虑多种需求，并找出能够改善工程的可操作性、节约造价的最佳节点方案。以叠合板出筋为实例，由于生产难度大、效率低，可以采取四面无筋叠合板，并以密拼装形式进行高效布置（如图2 所示）。

图2 拼缝连接的单向叠合板（单位：mm）

4 结语

总而言之，装配式建筑倾向于与生产相结合，与施工各方面都有密切的关系，但因工程师缺少相关的经验，使得装配式建筑工程造价成本高、建设难度大。与传统现浇混凝土建筑比较，装配式建筑施工节能、工程效率高，因而已逐渐发展为建筑行业的主流。为了促进装配建筑长期稳定发展，必须从结构设计优化入手，在具体工作中，根据工程的特点，制订结构优化方案，拆分装配结构，优化结构体系，使设计、生产和施工相融合，从而达到提升工程施工质量的目的，节省投资成本、增加施工效益的目的。